物理演示与探索实验（电磁学）2.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,实验十九 巴比轮演示实验,实验目的,电流在磁场中的安培力矩引起的金属盘转动,实验器材,巴比伦演示仪,实验原理,载流导体在磁场中受力（或力矩）而运动，验证了左手定则：平伸左手，让磁力线穿过手心和四指指向电流方向，则拇指指向电流受力方向。,实验操作与现象,1,、将金属转盘架套放在,U,形磁铁上，转盘不要与磁铁相磨擦。,2,、用连线将金属巴比轮与直流电源对应相连，一条到金属转盘轴，一条到金属转轮外侧的铜片。,3,、接通电源（,220V,，,50HZ,），打开电源开关，按下输出按钮，可见转轮转动起来。,4,、改变磁场方向，转轮将反向转动。,实验二十,涡流热效应,实验目的,观察在交变电流的作用下，感应环内形成涡流，发热使感应环内蜡的熔化现象。,实验器材,涡流热效应演示仪,实验原理,处在交变磁场中的金属块，由于受变化磁场产生的感生电动势作用，将在金属块内引起涡旋状的感应电流，称为涡旋电流（简称涡流）。由于金属块的电阻很小，涡流可以达到非常大的程度。强大的涡流会产生大量的焦耳热，这就是感应加热的原理。感应加热广泛用于有色金属和特种合金的冶炼、焊接及真空技术方面。然而在很多情况下，涡流发热却是有害的。例如变压器和电机的铁芯，由于处于交变磁场中，铁芯会因涡流而发热，不仅浪费了电能，而且发热会使铁芯温度升高引起导线绝缘性能下降，甚至造成事故。为此，常用增大铁芯的电阻来减小涡电流，如把铁芯做成层状，用薄层的绝缘材料（如绝缘漆）把各层铁芯隔开。,实验操作与现象,在环状铝槽中加少量蜡，接上电源（红色开关），用手握住环状铝槽的塑料手柄，按下蓝色开关按钮，片刻即可见槽中的蜡溶化。,实验二十一,通电、断电自感现象,【,实验目的,】,演示通电、断电自感现象，了解产生自感的原因。,【,实验器材,】,通电、断电自感演示仪。,L,L,2,L,1,K,2,K,1,+,E,220,伏,【,实验原理,】,当一个自感与电阻组成,LR,电路，在,0,突变到 或 突变到,0,的阶跃电压的作用下，由于自感的作用，电路中的电流不会瞬间突变。这种在阶跃电压作用下，从开始变化到逐渐趋于稳态的过程叫做,暂态过程,。,实验原理图如图一所示，将开关拨至位置，一个从,0,到,的阶跃电压立即作用在电路上，电路中出现反抗电流增加的自感电动势：,按照楞次定律，这个电动势是反抗电流增加的。,按欧姆定律,图一,求解微分方程可得：电路中电流将按下式规律增加,将开关由拨向位置，电路中的电压从,e,阶越式地跌落到零，这时电路中只有自感电动势，由含源电路欧姆定律：,可解得电流将按下式规律由,I,o,减少到零。,总之，,电路在阶跃电压的作用下，电流不会突变，而是按指数的规律进行增或减，而增减的快慢由时间常数 决定 。,【,实验操作与现象,】,1,通电自感现象,首先将,K1,、,K2,断开，再接通交流电源，按下,K1,开关，同时观察灯泡,L1,和,L2,亮的顺序。可看到当,K1,接通的瞬间，灯泡,L1,先亮，灯泡,L2,滞后,L1,才亮。这是由于,K1,接通瞬间，,L1,直接并接在电源,E,上，所以接通后，它马上就亮；而,L2,是与电感,L,串联之后才并接在电源上的，电感,L,会产生一个自感电动势，使得,L2,滞后于,L1,。这就充分说明了通电时的自感现象。为了看的清楚可以反复将,K1,接通和断开。,2,断电自感现象,将,K1,、,K2,断开，接通交流电源，按下,K1,开关，此时灯泡,L1,和,L2,都亮着，可顺便观察通电自感现象。将,K2,合上即将,L2,短路，再把,K1,断开，即断开直流电源,E,，同时注意观察。可以发现在断电的瞬间，,L1,突然亮了一下，比正常通电时还亮，这就是断电自感现象。由于，断电的瞬间，电感,L,也会产生一个自感电动势，并通过,L1,放电，使得,L1,发光。为了观察清楚，可以反复将,K1,通断。,实验二十二 互感现象,实验目的,观察一通有交变电流的线圈对另一线圈的互感效应及铁芯在电磁感应中所起的作用,实验器材,互感概念演示仪,实验原理,两个线圈，若在其中一个线圈中通以某一交变信号，由于互感，则会在另一线圈中感应出来，线圈结构一定时，感应信号的强弱与线圈的相对取向、距离及铁芯等磁介质有关。当两个线圈平行取向时，感应出来的信号最强，偏离平行取向时，感应信号由强变弱，当两个线圈相互垂直时，感应信号基本消失。两线圈较近时，漏磁少，感应出来的信号强，反之，漏磁多，感应出来的信号弱。铁芯属强磁质，可使磁场大大加强，故感应出来的信号强，反之，感应出来的信号弱。,实验操作与现象,1,、接通电源，打开电源开关和收音机开关，适当调节音量，将换向开关打到一侧，这时可听到左喇叭有声音，这是收音机自身发出的声音，将换向开关打到另一侧，这时声音停止；,2,、将两线圈分别接在机箱两侧的输入插座上，并把两线圈放在同一直线上，这时可听到右喇叭有声音，而且两线圈移近时声音增大，移远时声音减小，加入铁芯声音可增大几倍，将两线圈垂直放置，声音减小至消失。说明这是通过互感线圈感应过来的声音；,3,、可以随意改变线圈的相对位置和方向，观察两线圈的互感情况。,实验二十三 顺磁介质磁化模拟实验,实验目的,演示顺磁介质的磁化现象。,实验器材,磁铁条两块，指示针若干个，顺磁介质的磁化演示仪，如图所示,N,S,实验原理,在外磁场作用下磁介质出现磁性或磁性发生变化的现象称为磁化。分子是一个复杂的带电系统。一个分子有一个等效电流,i,相应有一个分子等效磁矩,Pm=is,。,Pm,是各个电子轨道磁矩、电子自旋磁矩、原子核磁矩的总和。顺磁质的分子等效磁矩,Pm 0,，称为分子固有磁矩。一般由于分子的热运动，,Pm,的方向完全是混乱的，但是在外磁场中,Pm,会发生转向，这就是顺磁质的“磁化”。外磁场越强，转向排列越整齐。顺磁质内部的磁场是被加强的，而且顺磁质会被磁铁吸引。,依据磁介质磁化对原有磁场的影响，可将磁介质分类为：,顺磁质：与 同向,内部 相对磁导率 。,抗磁质：与 反向，内部 ，相对磁导率 。,铁磁质：,。,实验操作与现象,把两根条形磁铁置于小磁针周围的不同位置观察众小磁针南北极指向的变化规律。,实验二十四,RLC,串联谐振,实验目的,演示,RLC,串联谐振现象,。,实验器材,RLC,串联谐振演示仪、示波器、低频信号发生器。,实验原理,在力学实验在介绍过弹簧的简谐振动、阻尼振动和强迫振动，阐述过共振现象的一些实际应用。同样在电学实验中，由正弦电源与电阻,R,、电感,L,和电容,C,组成的串并联电路，也会产生简谐振动、阻尼振动和强迫振动。,R,消耗能量，将电能转换成热能而损耗；,L,和,C,为储能元件，,L,可以储存或释放存储的磁能、,C,可以存储或释放存储的电能。理想的,LC,电路可以产生谐振，带有,R,的电路产生阻尼振动，带有信号源的电路可以产生强迫振动。这里的振动均是指电路内电流和电压的变化规律。例如当正弦波电源输出频率达到某一频率时，,LC,两端,的电压达到最小值，即电路中的电流达到最大值，就产生谐振现象。,实验操作与现象,实验二十五 电磁驱动,实验目的,演示借助涡流引起的电磁阻尼驱动振子振动或摆动,.,实验器材,电磁驱动演示仪,，,如图所示,实验原理,当大块导体与磁体之间有相对运动时,由于电磁感应将在导体中感生出涡电流,根据楞次定律涡电流的方向总是使电流在磁场中的受力阻止这种相对运动,这样可通过这种电磁作用非接触地把力传向另一物体,(,磁体运动,另一物体则为导体,反之亦然,).,实验操作与现象,